Наука безупречна. ошибаются ученые

Однако старые истины не уходят так легко. Поэтому в пунктах пересечения интересов сменяющих друг друга парадигм и разыгрываются парадоксальные столкновения. Очевидно, было бы даже странно, если бы они не разыгрывались.

В эти переломные моменты ученые-коллеги раскалываются на два враждующих стана. Одни – те, кто самоотверженно защищает новое, другие, наоборот, всеми средствами противостоят ему. И это вполне понятно. Поражает другое. В рядах сопротивляющихся новому узнаем не только консерваторов, адвокатов отживающей науки, реакционеров. Среди них, сколь это ни парадоксально, находим выдающихся ученых, в том числе самих первооткрывателей тех истин, против которых они восстают.

Известный современный американский ученый Ф. Дайсон считает даже, что в математике, например, консерватизм великих умов является скорее правилом, чем исключением. Слишком часто, поясняет он, великие оказываются в плену у старых представлений там, где проложены дороги к новым воззрениям.

И однако же, несмотря на эти парадоксальные события, несмотря на заблуждения и отступления исследователей, восхождение человечества по пути познания не прекращается. Ибо наука безупречна, хотя отдельные ученые то и дело ошибаются.

Почему же так неохотно расстаются со старым? Чем объяснить такой застой мышления, в общем-то не свойственный науке, ее творцам? На этом необходимо остановиться подробнее.

Прежде всего здесь проявляется то, как мы уже говорили, что прежняя парадигма истинна. Она и утвердилась в свою пору только благодаря этому. То, что она представляет неполное, ограниченное знание, может быть, даже знание, обремененное заблуждениями, это осознается позднее. Для своего времени, и пуще всего для своего творца, ее положения безгрешны и неоспоримы. Так отчего же их не отстаивать?

Но если защищается старая теория, то приходится выступать против новой. Отсюда своеобразная инерция мысли, которой подвластны ученые, И мы видим, как один великий вступает в неприкрытую вражду с другим великим исследователем, как он сокрушает того, чьи идеи развивает, не осознавая этого сам, видим даже, как порой ученый методически и последовательно борется с... самим собой, отвергая собственные выводы.

Выдающиеся естествоиспытатели XVII века датчанин Х. Гюйгенс и немец Г. Лейбниц, вооружась каждый своими аргументами, ополчились против теории тяготения Ньютона. Оба отказывались ее принять, а Г. Лейбниц стал даже ярым противником теории, назвав ее «невнятной».

Вескую оппозицию испытали и взгляды известного английского ученого Д. Дальтона, когда он в начале прошлого столетия выступил с обоснованием знаменитого закона кратности отношений, который мы помним еще из школьного курса химии. Поскольку все вещества состоят из атомов, они должны, полагал ученый, вступать в соединения только в целых кратных отношениях.

Этот вывод был получен первоначально чисто теоретически, на основе идеи об атомистическом строении материи. Лишь позднее ему нашли экспериментальные подтверждения. И вот когда Д. Дальтон делал в Лондоне доклад о законе, он подвергся острейшей критике со стороны видного естествоиспытателя той поры, соотечественника сэра Г. Дэви. Влияние Г. Дэви было внушительным, он пользовался бесспорным авторитетом, и, надо полагать, не без его участия работа Д. Дальтона не была своевременно опубликована.

Мы уже писали о крупнейшем английском ученом В. Томсоне – том самом, что столь неосторожно предсказывал физике безоблачное будущее. К сожалению, выдающийся естествоиспытатель известен и как противник некоторых великих открытий своего времени. Он, например, присоединился к тем ученым, которые не захотели смириться со столь радикальной мыслью, какою явилась идея распада атома. В. Томсон так и умер, не признав, что явления радиоактивности есть свидетельство расщепления атомов элементов. Он воевал также против развиваемой его соотечественником Д. Максвеллом электромагнитной теории света. И лишь после опытов знаменитого русского физика П. Лебедева, доказавшего в самом конце XIX века существование светового давления, В. Томсон признал электромагнитную теорию. Подобных фактов в истории познания немало. Вообще едва ли какое-либо значительное открытие проходило без того, чтобы вокруг не разыгрывались страсти. Особенно напряженными бывают столкновения в пору рождения идей, затрагивающих основы мировоззрения. И чем более глубокими переменами грозит принятие нового, тем ожесточеннее его неприятие.

Такова, к примеру, судьба гениального учения польского мыслителя XVI века Н. Коперника, утвердившего центральное положение Солнца, предписав Земле и другим планетам вращаться вокруг него.

Конечно, восстала церковь. Характерно, что, несмотря на внутренние распри, она выступила здесь единым фронтом. Лидер протестантов, ярый противник официальной католической религии, немецкий богослов М. Лютер заявил о Н. Копернике: «Этот дурак хочет перевернуть все астрономическое искусство». М. Лютера поддержал соратник по движению против католичества немецкий филолог Ф. Меланхтон. Он объявил смелую идею бессмысленной до неприличия затеей и потребовал обуздать «астронома, который заставляет Землю двигаться, а Солнце стоять на месте». Господствующая же католическая церковь внесла книгу Н. Коперника в Индекс запрещенных изданий с пометкой: «Впредь до исправления». Так она и числилась в Индексе до 1882 года.

Что против шла церковь, бунтовал обыватель – в этом нет удивительного. Поражает другое. Учению Н. Коперника сопротивлялись ряд выдающихся ученых. «Я был убежден, что новая система – чистейшая глупость» – так отозвался о взглядах великого поляка Г. Галилей.

Правда, это относится к той поре, когда Г. Галилей делал первые шаги в своей научной карьере. Позднее, как известно, он не только принял теорию Н. Коперника, но и стал ее горячим приверженцем, за что сурово поплатился. Несмотря на покровительство папы, церковь потребовала суда над 69-летним ученым. Под угрозой запрещения научной деятельности, сожжения неопубликованных трудов, пыток он вынужден был отречься от нового учения. Однако и после этого его не оставили в покое. В течение всех последних девяти лет жизни – допросы, давления, угрозы. Характерно, что решение об осуждении Г. Галилея церковь отменила лишь в 1971 году.

К сожалению, не понял значения идей Н. Коперника выдающийся материалист прошлого, родоначальник философии нового времени Ф. Бэкон. Он характеризовал гелиоцентрическую систему как «спекуляции человека, который не заботится о том, какие фикции он вводит в природу...». «Ему важно лишь, – заключает Ф. Бэкон, – чтобы это отвечало его вычислениям».

Положим, Г. Галилей молод, а Ф. Бэкон далек от астрономии. Но вот мнение зрелого специалиста, да еще такого авторитетного, как Т. де Браге.

В те времена, когда учение Н. Коперника едва появилось и заставило заговорить о себе, на это откликнулся и датский астроном Т. Браге. Он был уже достаточно известным естествоиспытателем, возглавлял крупнейшую обсерваторию, имея на своем счету немало солидных открытий.

В 1588 году им выдвинуты следующие возражения Н. Копернику. Если Земля движется, как тому учит новая система мира, почему брошенный с высоты башни камень падает у ее подножия? Далее, второй довод. Земля – массивное, тяжелое тело, которое отнюдь не приспособлено к движению. Какие же силы способны вращать его наподобие звезды? Ученый апеллировал даже к святому писанию, где говорится о движении Солнца, но не Земли.

Все же отдадим Т. Браге должное. Он хотя и возражал Н. Копернику, но вместе с тем восхищался его гением. Признавал ясность и простоту выдвинутой им идеи, видел ее преимущества. Он не мог понять только одного – каким образом представить движение Земли. Взамен системы Н. Коперника датчанин предложил свою, которая являла неудачное сочетание старых, птолемеевских воззрений и новых: Солнце движется вокруг Земли, остающейся в центре мира, а все остальные планеты вращаются вокруг Солнца.

Взгляды Н. Коперника произвели настоящий переворот в умах. Дело касалось не просто научных вопросов. Шла ломка представлений в масштабах мироздания, менялся сам стиль мышления, способ видения окружающего.

Поскольку Земля лишалась центрального места во вселенной и утверждалась гелиоцентрическая позиция, человечеству предстояло отказаться от преимущественного положения в природе. Сместилась точка отсчета явлений и событий. Земля оказалась низведенной до уровня остальных планет. Это обескураживало, подрывало утвердившиеся опоры. Потому церковь и преследовала Н. Коперника не столько за его собственно естественнонаучные взгляды, сколько за их мировоззренческие следствия.

Аналогичная обстановка сложилась в середине XIX века и вокруг учения Ч. Дарвина. Он доказал, что все существующие и когда-либо существовавшие виды животных и растений есть результат естественного развития на основе эволюции. В том числе и сам человек. Это сокрушало прочно внедрившиеся представления. Наиболее болезненно воспринимался вывод о появлении человека. Подобно тому как Н. Коперник лишил Землю ореола исключительности, так и Ч. Дарвин развенчал миф об особом происхождении людей.

Против смелой теории восстала, как всегда, церковь, протестовала официальная наука, негодовало ханжество всех цветов и оттенков. Вместе с тем среди непринявших – ряд выдающихся ученых XIX века: Ж. Кювье, Р. Вирхов, К. Бернар, Л. Пастер и другие. И еще парадоксальнее то, что все они в большей или меньшей мере содействовали своими исследованиями утверждению дарвинизма. Например, барон Жорж-Леопольд-Кретьен-Фредерик-Дагобер Кювье – признанный враг эволюции, высказал идею взрывов, катастроф, в результате которых все живое на Земле гибнет, а потом зарождается вновь.

И тем не менее едва ли кто из ученых того времени содействовал своими трудами доказательству теории Ч. Дарвина больше, чем Ж. Кювье. Он занимался палеонтологией, то есть исследованием древних организмов. Именно эта наука позволяла воссоздать картину прошлого и тем самым шаг за шагом проследить этапы развития живого на Земле. Ж. Кювье, выдающийся мастер своего дела, умел по очень скудным останкам воспроизводить целое. «Дайте мне одну кость, – говорил он, – и я восстановлю животное». Им реставрировано около 150 видов, благодаря чему удалось, как метко сказано, внести порядок в «хаос костей».

Знаменитый немецкий естествоиспытатель Р. Вирхов также выступал против нового учения. Когда в 1856 году, например, нашли неандертальца – первое прямое свидетельство в пользу человеческой эволюции, то Р. Вирхов попытался дать ископаемому человеку совсем иное толкование. Он объяснил отклонения в его скелете от современных людей «уродствами», якобы приобретенными в результате... рахита.

Примечательно, что местный учитель Фулрот, которому рабочие показали найденный в долине Неандер близ Дюссельдорфа скелет (отсюда и название – неандертальский человек), оказался куда прозорливее. Он заявил, что это останки представителя примитивной формы людей, живших тысячелетия назад. Фулрот мужественно отстаивал свое мнение, несмотря на нападки церковников и авторитетные заявления консервативных ученых.

Вместе с тем исследования Р. Вирхова также работали на дарвинизм. Его учение о клетке как основе жизни, его знаменитое положение «каждая клетка – от клетки» наилучшим образом поддерживали идею эволюции.

Наконец, французский биолог К. Бернар, автор разработок единых принципов, лежащих в основе жизнедеятельности животных и растений, и его соотечественник, отец микробиологии Л. Пастер, безусловно, внесли свою долю в дарвиновское эволюционное учение, хотя и не признавали его.

«Я не слышал, что вы сказали. но я совершенно с вами не согласен»

К сожалению, выступления одного ученого против другого осложнены порой тяжелыми психологическими травмами. Конечно, такой исход необязательно сопровождает их научную полемику. Более того, известны случаи не просто терпимых, но и близких, даже Дружественных отношений между исследователями, стоящими на противоположных позициях. Не откажем в удовольствии предъявить читателю некоторые из подобных фактов.

Обратимся снова к Ч. Дарвину, В числе других его теорию не признавал также известный французский зоолог Ж. Фабр – личность вообще интересная, и мы еще вернемся к нему. Его критика дарвинизма нередко достигала высокого накала. Однако выдающиеся ученые оставались друзьями, ценили друг друга и не только за чисто человеческие качества. Ж. Фабр, например, отмечал в Ч. Дарвине «поразительную преданность науке», с восхищением отзывался о его неутомимой работе. В свою очередь, и Ч. Дарвин отдавал должное таланту своего друга. Более того, видел в его исследованиях поддержку своим идеям. Он писал Ж. Фабру: «Не думаю, чтобы в Европе нашелся кто-нибудь, кого Ваши работы интересуют больше, чем меня».

Длительная, временами острая полемика между дарвинистом Т. Гексли и его постоянным оппонентом Д. Уордом не ожесточила, однако, их. Несмотря на колкости, которыми они порой сопровождали свои споры, оба англичанина оставались джентльменами, были взаимно доброжелательны, исполнены искреннего расположения. Оценивая их отношения, писатель У. Ирвин в книге «Дарвин и Гексли» отмечает даже, что Т. Гексли и Д. Уорд «научились воевать с удивительной приязнью друг к другу, поднявшись над жестокой враждой и полным несходством взглядов до веселой и даже задушевной товарищеской близости».

К сожалению, чаще драма идей сопровождается драмой людей, когда неприятие взглядов порождает реакцию «эмоционального вытеснения» таланта, талантом. Отношения обостряются настолько, что нередко враждующая сторона заведомо, даже не пожелав вникнуть в существо развиваемой позиции, отвергает ее. Получается вроде следующего: «Я не слышал, что вы сказали, но я с вами совершенно не согласен».

Этот остроумный афоризм годится, чтобы характеризовать отношение, которое поначалу питал выдающийся немецкий физик конца XIX века Г. Герц к столь же выдающемуся английскому коллеге Д. Максвеллу. Предметом расхождения явилась электромагнитная теория. Вообще, это детище Д. Максвелла вызывало сильнейшее противодействие. Мы уже рассказывали, как сопротивлялся теории В. Томсон. Ее выводы не признал также известный французский физик того времени П. Дюгем. К числу непринявших присоединился и крупнейший немецкий естествоиспытатель Г. Гельмгольц, а уже вслед за ним – его ученик Г. Герц.

Со стороны немецких исследователей возражения касались вопроса передачи взаимодействий. Оба они разделяли позицию дальнодействия, то есть передачи сигналов без посредников и мгновенно в силу особых, никому не известных пока свойств материи. Д. Максвелл же опирался на допущение промежуточной среды, в которой электрические и магнитные явления распространяются с конечной скоростью, равной скорости света.

Г. Герц ставит серию опытов, чтобы опровергнуть Д. Максвелла, но опровергает... Г. Гельмгольца, следуют новые опыты, а результат тот же. Г. Герц даже пытается одно время уйти от этих проблем, заняться другими. Но не тут-то было! «Электромагнитная тема» влечет его, более того, выводит на работы Д. Максвелла. Словом, все это закончилось тем, что, «поймав» электромагнитную волну, которая оставалась до этого лишь предположением, Г. Герц стал виновником торжества оспариваемых им ранее идей.

«Эмоцией вытеснения» исполнены отношения многих других ученых. Например, И. Ньютона и Г. Лейбница, французских математиков конца XVIII – начала XIX века П. Пуансо и О. Коши. Г. Галилей полностью игнорировал законы движения планет, установленные в начале XVII века известным немецким ученым И. Кеплером. Хотя он знал об открытии и даже одно время переписывался с И. Кеплером, Г. Галилей в своих работах нигде не упоминает о законах, а рассуждения ведет так, словно их никогда и не было.

Взаимные связи между исследователями отмечены и такими моментами.

Изобретатель паровой машины Д. Уатт на пути к признанию своего результата встретил груду препятствий, чинимых недоброжелателями. Дело в том, что Д. Уатт добивался создания паровой машины не просто как механизма, годного лишь для особых целей, скажем, для откачки воды в качестве насоса или для использования только в текстильной промышленности и т.п. Он намеревался построить универсальный двигатель современного ему производства. В конце концов он достиг этого. Но было на его пути немало неудач. К примеру, крупным провалом отмечен 1769 год, когда изобретатель собрал и задумал испытать паровую установку с отделенным конденсатором. Не вышло. Этим сразу же воспользовались соперники, чтобы очернить идею Д. Уатта. Так же и в других случаях ему приходилось в трудных условиях отстаивать свои замыслы.

А вместе с тем и сам-то он, можно сказать, не остался в долгу. Когда его соотечественник Р. Тревитик создал паровую машину высокого давления, Д. Уатт развил завидную энергию, выступая против. Он доказывал, будто подобные установки наносят вред прогрессу паровой техники, и выражался даже в том смысле, что Р.Тревитика... мало повесить.

В свое время Т. Эдисона часто травили и высмеивали как мошенника, препятствуя внедрению его открытий. Притом чем более оригинальным было изобретение, тем изобретательнее действовали критики.

Но странное дело. Ведь и сам Т. Эдисон в ряде случаев оказал своим высоким авторитетом сопротивление ценным научно-техническим идеям.

В 1867 году по дну Атлантического океана прокладывали телеграфный кабель, связывающий Европу и Америку. Великий изобретатель поспешил со следующим заявлением, которое было опубликовано в газетах: «Из этой затеи ничего не получится». И пояснял, что ток, проходя столь большие расстояния, не способен будет переносить сигнал без значительных искажений. Правда, когда трансатлантический телеграф между континентами стал успешно действовать, Т. Эдисон тут же признал свою ошибку.

Столь же неоправданную поспешность допустил он и по поводу еще одного выдающегося изобретения. В 1928 году советская пресса сообщила о создании в России С. Лебедевым искусственного синтетического каучука (СК). Т. Эдисон откликнулся на это так: «Известие о том, – писал он, – что Советскому Союзу удалось получить синтетический каучук, невероятно. Этого никак нельзя сделать. Скажу больше – все сообщение ложь». Впрочем, такая реакция лишь рельефнее оттеняет значение открытия, сделанного С. Лебедевым. Он действительно превысил «полномочия» науки того времени, пройдя через невозможное.

Мы привлекли факты, повествующие о выступлениях ученых против своих коллег, против истин, создаваемых другими. Но верхом парадоксальности оказывается положение, когда исследователь опровергает... самого себя, воюете собственными результатами. Почему это происходит?

Каждая принципиально новая теория, несущая новую парадигму, бесспорно, выходит за рамки привычного опыта, порывая с теми представлениями, которые он питал. Но все, что не согласуется с опытными данными, воспринимается как парадокс. И не только другими, а поначалу даже нередко и автором новой теории.

Так, мысль о вращении Земли казалась на первых порах самому Н. Копернику (о других уже и говорить нечего) неправдоподобной. Известные сомнения испытал, выдвигая принципы своей механики, И. Ньютон. Считал ее «подозрительной». Уже создав основы дифференциального исчисления, он остался в плену у старого. Великий ученый предпочитал выражать свои физические и астрономические воззрения архаическим языком, используя понятия, введенные еще греками. Не случайно же о И. Ньютоне говорили, что он скорее был не первым представителем века разума, а «последним из вавилонян и египтян», ибо смотрел на мир теми же, что и они, глазами.

Острую борьбу и прежде всего с самим собой пережил И. Кеплер, который пришел к выводу, что планеты движутся вовсе не по круговым орбитам, как полагали со времен древних, а по эллипсам. Это было совершенно неприемлемое допущение, идущее вразрез с вековой традицией.

Хотя И. Кеплер сделал вывод на основе совершенно точных наблюдений за движением Марса, полученных Т. Браге, ученый не смог перешагнуть барьера парадигмы. Его взгляды оставались некоторое время сугубо средневековыми. И только позднее, после упорных лет борьбы со своими убеждениями, великий ученый окончательно принял идею эллиптической формы движения планет. Таким образом, лишь пробивши брешь в собственном сознании, он смог повлиять на сознание других.

Как мы убеждаемся, прокладывать путь к новому мешает порой наше внутреннее сопротивление. «Я вижу это, но не верю этому» – так характеризовал свое состояние Г. Кантор (мы писали о нем), когда получил некоторые странные следствия из аксиом своей теории множеств. В письме известному немецкому математику XIX века Р. Дедекинду он признавался, что пришел к этим результатам вопреки собственной воле и лишь потому, что навязывают логика и 25-летний труд.

Видимо, и в самом деле бороться и искать, отвергать добытое и экспериментировать, отступать и находить новое нам мешает единственная могучая сила – это... мы сами. Хочется испытанных, нормальных дорог. Потому нехоженые дали часто отпугивают. Вот и получается, что, смело заглянув в неизведанные пространства, люди отступают, пораженные величием увиденного. Наверное, первооткрыватели больше всего и страдают, добывая новое. Нм не на кого оглянуться, и в себе не всегда сразу находят они уверенную опору.

«Ломка сознания»

Характерны обстоятельства, сопровождавшие рождение и утверждение квантовой механики.

Она описывает движение микрочастиц, то есть частиц малой массы, обладающих специфическими свойствами. Что и говорить, необычная теория. Пришлось отказаться от многих самоочевидных и, казалось, незыблемых представлений.

Ранее мы уже немного касались этого вопроса в связи с опытами по интерференции. Отметим также, что в микромире теряют смысл рассуждения о траектории частиц. Это понятие применительно к обычным явлениям выражает наличие у тела одновременного определенного импульса или количества движения, равного произведению массы тела на скорость, и определенной координаты, то есть положения в пространстве. Но в микровселенной свои порядки. Здесь знать одновременно и импульс и координату частицы оказывается невозможным. И вот почему.

Допустим, мы решили установить положение микрочастицы в пространстве. Для этого нужно направить на нее луч света. Однако световой поток придает нашей частице такое количество движения, такие возмущения, что совершенно изменит ее местонахождение. Поэтому и не представляется возможным одновременно знать местоположение микрообъекта и его импульс. А чтобы описывать поведение микрочастиц, было введено так называемое соотношение неопределенностей, согласно которому произведение неопределенностей координаты частицы и ее импульса не может быть меньше некой постоянной величины (постоянной Планка).

Словом, открылся особый, доселе невиданный мир странных явлений. Он не поддавался объяснению в понятиях господствовавших в ту пору парадигм. Квантовую механику, пытавшуюся ввести новые понятия, одни называли учением с темным прошлым, напоминающим богословие, другие восторженно приветствовали как появление «пикассо-физики», третьи ждали, что из этого выйдет.

Первые всходы новой теории дали посевы, произведенные еще М. Планком и А. Эйнштейном в самом начале нашего столетия. Исходным пунктом всей квантовой концепции явилась развитая ими квантовая теория света. Но здесь придется сделать небольшое отступление.

Еще в XIX веке в физике стала признанной идея волновой природы света, победившая корпускулярную точку зрения. Сторонники последней (и самый авторитетный среди них И. Ньютон) считали, что свет – поток материальных частиц, или корпускул, и имеет прерывный, дискретный характер. Победившая же ее волновая теория представляла свет в виде волн и только волн, которые распространяются непрерывно. Для пояснения этого взгляда на помощь обычно привлекали образ колеблющейся воды, когда она разбегается от места, куда брошен, например, камень.

Однако к началу XX века обнаружились факты, указывающие на несоответствие между законом непрерывного распространения энергии, в частности, световой, и наличным опытом. Разразилась так называемая «ультрафиолетовая катастрофа». Она и образовала одну из тех тучек, что застилали, по выражению В. Томсона, ясный горизонт физического знания.

И вот в 1900 году М. Планк выдвигает совершенно невероятную, парадоксальную гипотезу. Все же он не внял совету своего учителя Ф. Жолли и занялся теоретической физикой. М. Планк предложил идею «зернистого» распределения энергии. Он пришел к выводу, что электромагнитная энергия, носителем которой является свет, излучается и поглощается атомами не непрерывно, а только строго определенными дозами, квантами. Квант – это минимальная, неделимая порция энергии. В шутку говорили, что теперь согласно новым представлениям энергия отпускается лишь целыми единицами, совсем как в отделе штучных товаров.

Это коренным образом переворачивало устоявшиеся представления. По выражению известного советского ученого Л. Ландау, М. Планк ввел в физику алогичность.

Однако далось такое решение естествоиспытателю нелегко. Ввести-то он новые понятия ввел, зато потом всю жизнь терзался этим. Когда М. Планк увидел, что квант рушит закон непрерывности излучения и поглощения света, внося дискретность, прерывность, а еще более, когда понял, что его квант вообще подрывает классические устои, ученый самым настоящим образом встревожился.

Насколько бы это ни показалось странным, но факт имел место: М. Планк выступил против своей собственной гипотезы, противясь ее утверждению в науке. Классическая физика, говорил он, «величественное сооружение чудесной красоты и гармонии», на которое так трудно посягнуть. Собственная же теория представлялась ему «чуждым и угрожающим взрывчатым снарядом», могущим нанести непоправимый урон. М. Планк просит, умоляет физиков сохранить классические представления и как можно меньше отходить от принятых законов.

Свои действия ученый объяснял следующим образом: «Я всегда стоял за то, чтобы возможно тесно связать квантовую гипотезу с классической динамикой, нарушая границы последней только тогда, когда опытные факты не дают никакого другого выхода». Таким образом, он принял идею квантов лишь потому, что не видел иного пути для объяснения поведения электрона, то есть принял неохотно, по принуждению.

Характеризуя эти терзания ученого, А. Эйнштейн отмечал, что М. Планк мучительно бился над тем, как вывести физику из затруднительного положения, в котором она оказалась по его же собственной вине. Одним словом, шла настоящая «ломка сознания».

Но если уж сам автор открытия не хотел его принимать, то что говорить о других. А в те времена многие ученые грозились отречься от физики, если «возмутительная» теория М. Планка не будет опровергнута. Настолько она казалась парадоксальной, противоречащей научной традиции.

В утверждении квантовых представлений неоспорима и «вина» А. Эйнштейна. Он вошел в историю физики не только как творец теории относительности, но и в качестве одного из создателей квантовой концепции вещества и излучения. В 1905 году, развивая идею М. Планка, А. Эйнштейн вводит понятие кванта – порции света, в виде которой свет и существует. Это был знаменитый фотон. Правда, само слово «фотон» тогда еще не было произнесено. Оно появилось десятилетия спустя. Его придумал в 1926 году мало кому известный физик Н. Льюис.

Знаменит же фотон тем, что принес с собой новые странности. Он не имеет, как говорится, массы покоя, то есть не может находиться в неподвижном состоянии. Он «приговорен» быть постоянно в движении, притом быстрота его перемещений всегда равна скорости света. Фотон и вступает в жизнь, рождается, имея эту скорость, и погибает, превращается в другие частицы, если ему приходится чуть притормозить. Словом, выходит, что свет остановить нельзя.

Все это, конечно, не укладывалось в бытующие представления, было парадоксально. Но парадокс состоял и в том, что А. Эйнштейн не мог примириться с результатами, добытыми им же самим, и вообще с результатами познания в области микроявлений. Так, ученый болезненно переживал, когда ему удалось в 1920 году вывести одну из формул квантовых процессов, не захотел включить квантовые эффекты в теорию пространства – времени.

Особенно характерны его выступления против вероятностно-статистических методов, применяемых квантовой механикой. «Я не верю, – в шутку заявлял он, – что господь бог играет в кости». То был намек на отнюдь не аристократическое происхождение теории вероятностей. Она, можно сказать, дитя азартных игр и обязана своим появлением попытке понять капризный нрав случайных событий, в частности тех, что имеют место при бросании игральных костей. При необходимости, пояснял ученый, еще можно представить себе мир, где не действуют никакие закономерности природы и царит полнейший хаос. «Но мне крайне неприятна мысль, что существуют статистические законы, вынуждающие самого бога сначала разыграть каждый отдельный случай». Впрочем, великий физик не исключал и своего права на ошибки...

Как видим, история повторилась. Подобно М. Планку, А. Эйнштейн видит в идее квантования энергии угрозу самому существованию науки. Как-то в беседе он сказал, что, если квантовая механика окажется справедливой, это будет означать конец физики.

Тем более настороженно встретили идеи А. Эйнштейна другие. Долгое время большинству естествоиспытателей был совершенно неясен смысл введенного им понятия фотона. Среди большинства оказались выдающиеся физики, и даже из числа тех, что возглавляли разработку квантовых идей, например, Н. Бор. Фотону не находилось ни аналога в чувственном мире, ни места в мире традиционных понятий.

Об умонастроении тех времен можно хорошо судить по такому факту. В 1907 году А. Эйнштейн принял участие в конкурсе по кафедре теоретической физики Венского университета на должность приват-доцента. В качестве же конкурсной работы представил опубликованную статью, в которой как раз и развивал новые взгляды в области квантовых явлений. Факультет признал работу неудовлетворительной, а профессор Э. Форстер, читавший курс теоретической физики, возвращая статью, грубо сказал: «Я вообще не понимаю, что вы тут написали!» Остается добавить лишь, что в 1921 году А. Эйнштейну была присуждена именно за эти исследования Нобелевская премия.

Не менее парадоксален также случай, имевший место в 1912 году. М. Планк представлял А. Эйнштейна в Прусскую академию. Отметив заслуги претендента в разработке теории относительности, точнее, пока еще специальной теории относительности, М. Планк просил академиков не ставить в вину ученому создание им гипотезы световых квантов. Эту просьбу разделили с молчаливого согласия самого А. Эйнштейна и ряд других физиков.

Конечно, и М. Планк и А. Эйнштейн делали только первые шаги по неизведанной трассе. Их сопротивление можно понять. Они в авангарде движения, а идущим впереди всегда тяжелее. Но ведь и дальше не стало легче.

Последующее развитие связано с построением в 20-х годах на основе квантовой теории света квантовой механики. Ее становление также сопровождалось глубокой внутренней «ломкой сознания» и изобиловало столь же парадоксальными событиями.

К этому времени в физике утвердилась планетарная модель атома. Ее предложил Э. Резерфорд. Рассказывают, что однажды зимой 1911 года Э. Резерфорд, веселый, вошел в лабораторию и громогласно (впрочем, он всегда говорил громко) объявил: «Теперь я знаю, как выглядит атом».

Согласно его идее атом водорода, простейший из всех состоит из тяжелого, положительно заряженного ядра (протона) и вращающегося вокруг него легкого электрона, несущего отрицательный заряд. Более сложные атомы имеют несколько зарядов в ядре и соответствующее им число электронов, которые располагаются по разным орбитам, точь-в-точь как планеты вокруг Солнца.

Получалось красиво. Но эту красоту омрачало одно немаловажное обстоятельство.

В соответствии с классическими взглядами, которые покоились на волновых представлениях, энергию атом излучает непрерывно. Поэтому вращающийся электрон должен был через какое-то время, отдав свою энергию, упасть на ядро. А он не падал. Отчего же?

Эта проблема вообще-то возникла не теперь. Она начала волновать физику еще в конце XIX века, когда установили, что атом неоднороден. Поэтому Э. Резерфорд, предлагая свою планетарную модель, понимал, что это не избавляет ее от противоречия с классикой. Понимал, но считал, что вопрос об устойчивости предложенного им атома на нынешней стадии не нуждается в рассмотрении. То есть объяснять, почему электрон не падает на ядро, пока не надо. А потом, дескать, будет видно.

И действительно, вскоре ответ сыскался. Опираясь на гипотезу квантования, Н. Бор предложил следующее решение. Атом устойчив потому, что электрон отдает (и получает) энергию не непрерывно, а все теми же порциями, квантами. И случается это в тот момент, когда электрон переходит, точнее, перескакивает с одной орбиты на другую: с более далекой от ядра на более близкую, если излучает энергию, и наоборот, если получает ее. Так были узаконены знаменитые квантовые скачки, которые внесли в умы настоящий переполох и с которыми физикам еще предстоит помучиться.

Раньше всех парадоксальность понятия квантового скачка почувствовал сам Н. Бор. Поэтому его попытка носила компромиссный характер. Он не мог сразу преодолеть мощного давления традиции, и его построения сочетали квантовые законы с идеями классической механики. Это в какой-то мере приглушало остроту парадоксальной идеи. Электроны ходили у него в атоме по классическим орбитам, а перескакивали с одной орбиты на другую уже по законам квантовых процессов. Имея в виду отмеченную особенность предложенной модели, немецкий физик В. Гейзенберг писал, что Н. Бор предпочитал балансирование (ein Ihn-und-Hergehen, буквально «туда-сюда-хождение») между волновой и корпускулярной картинами.

Заметим, что это решение вызвало резкий отпор со стороны блюстителей старины. Другой немецкий физик, М. фон Лауэ, например, по поводу гипотезы Н. Бора заявил: «Это вздор! Уравнения Максвелла действительны во всех обстоятельствах, и электрон должен излучать» (то есть должен излучать, по мнению М. Лауэ, непрерывно).

Поиски решения проблем атомной физики продолжались. Следующий шаг был предпринят французским ученым Л. де Бройлем. Он высказал смелую догадку. Наличие как волновых, так и корпускулярных свойств характерно, по его мнению, не только для света, но представляет общую всем микрообъектам закономерность. Стало быть, в движении любой частицы должны иметь место и волновые и дискретные проявления. Это было совершенно парадоксально: проводилась мысль о волновых свойствах вещества, о волнах материи!

Похоже, что к столь крутому повороту дела Л. де Бройль не был готов и сам. Во всяком случае, его построения говорят, что он испытал сильнейшее притяжение классической парадигмы. Выдвинутая им знаменитая идея «волны-пилота» как раз представляла попытку рядом с новым сохранить прежние воззрения.

Недаром предложенные им модели микрообъектов окрестили «кентаврами». Они и впрямь были построены по образцам тех мифологических созданий, что сочетали в себе облик коня с головой человека.

У Л. де Бройля классическое волновое поле управляло движением частицы, вело ее по траектории. Потому оно и было названо ученым «волна-пилот» или «волна-разведчица». Здесь взаимодействуют привычные традиционные образования: корпускула и классическая волна. Конечно, корпускулярные и волновые свойства старой физики подверглись переосмыслению, но они все же остались классическими. И вот парадокс: сама природа предположенного Л. де Бройлем волнового процесса не была ему до конца ясна. Как заметил известный советский физик академик В. Фок, «де Бройль не понимал волны де Бройля».

Это подтверждает и такой факт. Много лет спустя, уже в 50-х годах, Л. де Бройль взбунтовался против тех выводов квантовой механики, согласно которым надо отказаться от понятия траектории элементарной частицы и ввести вероятностное описание движения микрообъектов. Он не разделял эти взгляды и ранее, в 20-х годах, когда они только утверждались. Но тогда он смирился, а вот теперь вдруг заявил: «Не верю».

Построение квантовой механики завершают в середине 20-х годов австрийский физик-теоретик Э. Шредингер и В. Гейзенберг.

Развивая идею Л. де Бройля, Э. Шредингер в 1926 году создает волновую теорию движения микрочастиц. Им было показано, что устойчивые состояния атомных систем могут рассматриваться как собственные колебания волнового поля, соответствующего данной системе.

Казалось бы, достигнута полная победа квантовых представлений. Написана теория, хорошо объясняющая поведение частиц, теория, от которой нет возврата в прошлое. Но и здесь парадокс тут как тут.

Вспомним, что М. Планк начал с отрицания волновой теории и утверждения квантования энергии. А. Эйнштейн говорит еще о наличии у световых волн свойств частиц (понятие фотона), а Л. де Бройль, напротив, ставит уже вопрос о наличии у частиц свойств волны. И вот теперь Э. Шредингер объявляет, что все события, разыгрывающиеся в микромире, есть волновые процессы, и только они. Частицы?.. Их тоже можно мастерить из волн.

Наука как бы совершила виток. Но она не вернулась к исходному пункту. Обогащенная новыми представлениями, она ушла вперед. А вот ученые, прочно удерживаемые традицией, надеялись вернуть старое. Создавая волновую механику, Э. Шредингер полагал, что, возможно, она со временем приведет опять к более или менее классической картине. По его мнению, ядро атома должно быть окружено не электронами, а волнами материи, которые движутся в обычном трехмерном пространстве. Одновременно он мечтал избавиться от дискретных, квантовых состояний. Они казались ему иррациональными. «Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, – заявил ученый, – то я жалею, что имел дело с квантовой теорией!»

Парадоксально и то, что Э. Шредингер не сразу сам понял все значение своего открытия. Он работал тогда в семинаре известного немецкого физика П. Дебая. Руководитель семинара попросил его сделать сообщение о появившейся во французском журнале статье Л. де Бройля. Однако статья ему не понравилась, и он заявил, что о такой чепухе даже и говорить не хочется.

П. Дебай настаивал. Тогда Э. Шредингер решил представить идею Л. де Бройля в более строгой математической форме и обобщенно. Это удалось. Но то, что он получил, и оказалось знаменитым волновым уравнением (уравнение Шредингера). Оно описывало движение частиц. Как считает П. Дебай, который рассказывал об этом советскому физику П. Капице, даже во время доклада на семинаре Э. Шредингер не осознавал, какое открытие он держит в руках. Ученый искренне полагал, что нашел всего лишь лучший способ изложения мысли Л. де Бройля.

Почти одновременно с Э. Шредингером В. Гейзенберг предложил другой путь описания движения микрочастиц. С его именем связано построение так называемого матричного – в отличие от волнового – варианта квантовой механики.

Квантовые проявления в движении частиц В, Гейзенберг выразил следующим образом. Он сопоставил каждой величине, характеризующей механические состояния частицы, математическую величину в виде матрицы. Так называется прямоугольная таблица чисел, состоящая из определенного количества строк и столбцов. К полученным таким образом величинам применялись уже уравнения классической механики. Поскольку матрицы отличались от обычных чисел, это приводило к новым результатам.

Впоследствии оба варианта слились, и в современной квантовой механике эти два метода уже неразличимы. Но здесь нам хотелось бы отметить, что вначале В. Гейзенберг рассматривал свою теорию как несовместимую с волновой механикой и даже обиделся на учителя М. Борна, который проявил интерес к построениям Э. Шредингера. Впрочем, Э. Шредингер платил тем же. В этом противостоянии идей также отразилось влияние классических воззрений, не допускавших смешения волновых и дискретных свойств.

Как видим, отцы квантовой механики, создавая принципиально новую теорию, находились в плену старых воззрений. Отсюда парадоксальность положения: не только другие, но и сами создатели нового выступили против собственных идей. Они тяготели к традиционным взглядам, хотя по мере развития квантовых представлений сила этой привязанности ослабевала.

Дата добавления: 2015-07-11